井下套管柱理論分析與損傷修復技術

前言

油氣田井下套管往往處于高溫高壓、多相介質等惡劣環(huán)境，以及地應力作用和人為作業(yè)等復雜工況中，由此造成的套管失效不僅嚴重地妨礙了石油和天然氣的正常開采及生產(chǎn)井的后續(xù)作業(yè)，直接影響油田油氣產(chǎn)量，而且會使層系布局越來越不合理、注采井網(wǎng)失去平衡，從而降低水驅控制儲量和水驅動用儲量，造成巨大油氣資源浪費，有時還引發(fā)井噴等惡性事故，造成人員傷亡、停工停產(chǎn)、環(huán)境污染等重大事故。套管的損壞一直困擾著油氣田的正常開發(fā)與生產(chǎn)，是油氣田開發(fā)的重大難題之一。本書基于各工況下載荷分析，從中找出最危險的載荷組合，通過大量的計算分析認為：大多數(shù)油井套管的損壞是由非均勻外載引起的，其中鹽巖、泥巖塑性流變引起的非均勻擠壓是造成套管損壞的重要原因之一，而局部集中載荷使套管抗外擠能力大大降低。所以，在地應力分布不均勻的塑性流動地層進行管柱設計時必須考慮不均勻載荷的影響。在役井下套管柱不是一個孤立體，因此必須考慮其所處環(huán)境的影響。本書首次較為完整、系統(tǒng)地從井壁穩(wěn)定、力學與失效分析、強度分析、損傷檢測方法以及損傷套管修復新技術的研究與應用等多方面研究了井下套管體系，并取得了一些理論成果，開發(fā)出了實用的修復新技術，旨在解決困擾油田生產(chǎn)的重大難題，以延長油氣生產(chǎn)井（套管）的使用壽命，提高油氣最終采收率。本書的出版對油氣田井下套管損傷機理研究和損傷套管的修復都將起到積極的指導作用。

內容概要

　　《井下套管柱理論分析語損傷修復技術》從油氣田套管損壞概況、損壞原因及損壞類型出發(fā)，對井壁穩(wěn)定性和在役井下套管柱進行了力學分析，并對井下在役套管柱的強度、井下套管柱可能發(fā)生的失效檢測方法進行了較為系統(tǒng)的分析研究，在此基礎上研發(fā)出油氣井損傷套管修復新技術，具有重要的應用價值和重大的工程意義?！　　毒绿坠苤碚摲治稣Z損傷修復技術》適合石油工程技術人員、高等院校（所）相關專業(yè)師生及相關領域工程技術人員參考。

書籍目錄

1 概述1.1 油氣田套管損壞概況、損壞原因及損壞類型1.1.1 油氣田套管損壞概況1.1.2 油氣田套管損壞原因分析1.1.3 國內油氣田套管損壞的大致類型1.2 國內外油田套管損壞的研究現(xiàn)狀1.3 本書的研究意義及主要研究內容1.3.1 本書的研究意義1.3.2 本書的主要研究內容1.4 本章小結參考文獻2 井壁穩(wěn)定性力學分析2.1 井壁穩(wěn)定性概述2.2 井壁不穩(wěn)定地層分類2.3 井壁穩(wěn)定性判斷準則2.3.1 庫侖一摩爾準則2.3.2 DmckerPlrager準則2.3.3 Lade準則2.3.4 拉伸破壞模型2.4 井壁失穩(wěn)影響因素分析2.4.1 井壁失穩(wěn)力學分析2.4.2 井壁失穩(wěn)的化學機理分析2.4.3 井壁穩(wěn)定的力學和化學耦合分析2.4.4 井壁力學穩(wěn)定性影響因素及局限性分析2.5 鉆井液和泥頁巖的傳遞作用及對井壁穩(wěn)定性的影響2.5.1 鉆井液和泥頁巖間傳遞作用及機理2.5.2 傳遞作用對井壁穩(wěn)定性的影響2.6 硬脆性泥頁巖井壁穩(wěn)定的應力場分析2.6.1 等效彈性一損傷柔度張量及本構方程2.6.2 井眼周圍的應力場計算2.7 蠕變地層中井壁圍巖的圍壓分析2.7.1 同心井眼中井壁圍巖的圍壓分析2.7.2 偏心井眼中井壁圍巖的應力和位移分析2.8 本章小結參考文獻3 在役井下套管柱的力學分析3.1 油氣井井下套管柱力學模型的建立3.1.1 幾何方程的建立3.1.2 井下管柱的本構方程3.1.3 井下套管柱受力分析模型3.1.4 間隙元法與居中度分析3.2 在役井下套管柱的受力分析3.2.1 選擇應力勢函數(shù)3.2.2 由定解條件確定待定系數(shù)3.2.3 求套管柱應力及位移3.2.4 套管柱圍壓分析與計算3.3 井下套管柱臨界外壓分析3.3.1 井下套管柱外壓3.3.2 軸向載荷作用下套管柱的臨界外壓分析3.3.3 局部集中力作用下套管柱的臨界外壓分析3.4 非均勻地應力作用下套管柱的受力分析3.4.1 受力模型及其簡化3.4.2 均勻外壓和均勻內壓作用下套管柱的受力分析3.4.3 非均勻壓力和非均勻切向力作用下套管柱的受力分析3.5 高壓異常地層套管柱外擠力分析3.5.1 高壓異常地層套管柱受力的力學模型3.5.2 力學模型的計算結果分析3.6 生產(chǎn)作業(yè)措施對井下套管柱產(chǎn)生附加力的作用3.6.1 熱采井套管柱圍壓和應力分析3.6.2 油田注水引起套管柱外擠力分析3.7 本章小結參考文獻4 井下在役套管柱的強度分析4.1 井下套管柱強度設計原則4.1.1 井下套管柱強度設計一般流程4.1.2 井下套管柱強度優(yōu)化設計模型4.1.3 井下套管柱強度設計方法與準則4.1.4 井下套管柱強度設計應遵循的原則4.2 缺陷對套管柱抗擠強度的影響4.2.1 理想圓管模型的建立與求解4.2.2 考慮套管制造缺陷的模型修正4.2.3 參數(shù)敏感性分析4.2.4 本節(jié)符號說明4.3 磨損對套管柱抗擠強度的影響4.3.1 套管磨損物理模型4.3.2 套管磨損對擠毀影響的有限元計算4.3.3 磨損套管擠毀強度計算4.4 不均勻載荷對套管柱抗擠強度的影響4.4.1 受力分布模型4.4.2 不均勻載荷作用下套管柱擠毀的機理4.4.3 載荷不均度對套管柱擠毀強度的影響4.4.4 不均勻載荷對套管柱徑向變形的影響4.4.5 偏心量對套管柱抗擠毀強度的影響4.5 油氣井井下正常作業(yè)措施對套管柱強度的影響4.5.1 射孔作業(yè)對井下套管柱強度的影響4.5.2 壓裂作業(yè)對井下套管柱強度的影響4.5.3 高壓注水作業(yè)對井下套管柱強度的影響4.6 井下在役套管柱損傷程度與抗擠能力評估分析4.6.1 鉆柱與套管接觸力分析4.6.2 井下在役套管柱損傷程度評估4.6.3 磨損套管抗擠強度分析4.6.4 本節(jié)符號說明4.7 本章小結參考文獻5 油氣井損傷套管修復技術的研究與應用5.1 井下套管損壞原因分析與套管柱力學模擬研究5.1.1 套損原因分析5.1.2 油氣井井下套管柱變形的仿真力學模型5.2 井下套管損傷的檢測方法、預防措施與修復技術5.2.1 井下套管損傷的檢測方法5.2.2 井下套管損壞的預防措施5.2.3 井下?lián)p壞套管的修復技術介紹5.3 燃爆修井技術研究與修復效果分析5.3.1 爆炸整形技術5.3.2 燃爆補貼技術5.3.3 爆炸整形與燃爆補貼技術下井工藝與現(xiàn)場應用效果5.3.4 爆炸修套技術的現(xiàn)場施工要求及安全技術5.4 本章小結參考文獻6 主要認識與結論致謝

章節(jié)摘錄

插圖：1.1.2 油氣田套管損壞原因分析大慶油田采油工程研究院的姜守華、大慶油田勘探開發(fā)研究院張寶璽、勝利油田的孟祥玉及西南石油大學的張先普等通過對國外資料的分析與整理，結合中國各油田套損原因分析，對油氣田套管產(chǎn)生損壞的原因作了較為全面的研究工作。概括起來，油氣井套管損壞的原因可從以下幾方面進行分析。（1）套損的地質因素。地質因素是造成套損的主要原因，它包括構造應力、層間滑動、泥巖膨脹、鹽巖層蠕動、油層出砂、地面下沉及油層壓實等。①圍巖壓力。鉆后，井眼周圍的巖石中出現(xiàn)了臨空面，原來的平衡狀態(tài)遭到了破壞。當應力集中處的應力達到圍巖的屈服極限，就有塑性變形發(fā)生，這種變形受到套管和套管外水泥環(huán)的限制，同時套管也受到圍巖的反作用而產(chǎn)生變形損壞。②泥巖膨脹和蠕變。巖石具有蠕變和應力松弛的特征，巖石種類不同，其蠕變程度也不同，即使在自然地質條件下，巖石也會發(fā)生蠕變。泥巖中的黏土礦物尤其是蒙皂石、伊利石、高嶺石，它們遇水會膨脹并發(fā)生蠕動。由于套管阻擋了這種蠕變和膨脹，就使套管外部負荷增加，隨著時間的增長，該負荷會增大，當套管的抗壓強度低于該外部負荷時，套管就會被擠壓、擠扁乃至錯斷。蘇聯(lián)格羅茲內石油學院做過的泥巖膨脹和套管損壞關系試驗表明，當泥巖吸水大于10％時，泥巖有較高的塑性，幾乎將全部上覆巖壓都轉移至套管，使其變形損壞。如該泥巖在大區(qū)域內連續(xù)，在遇水膨脹后區(qū)域發(fā)生蠕動，是會使區(qū)域發(fā)生成片套損的。如大慶油田的采油一廠、四廠，美國密西西比州的24區(qū)塊油田。

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《井下套管柱理論分析語損傷修復技術》是由石油工業(yè)出版社出版的。

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